JP2019507566A - Method for monitoring electromechanical actuator system - Google Patents

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Abstract

本発明は、電気機械アクチュエータシステムを監視する方法において、カルマンフィルタを用いてインバータの欠陥に結び付けられるモータに対する電力供給における電圧降下を推定するステップと、推定された電圧降下を考慮することによって、モータの電磁トルク係数を少なくとも推定するステップ(300)と、モータの電磁トルク係数からモータの電磁トルクを計算するステップ(400)と、を含む方法に関する。
【選択図】図2
The present invention relates to a method for monitoring an electromechanical actuator system by using a Kalman filter to estimate a voltage drop in a power supply to a motor that is linked to an inverter fault, and by taking into account the estimated voltage drop. It relates to a method comprising: at least estimating an electromagnetic torque coefficient (300); and calculating (400) a motor electromagnetic torque from the motor electromagnetic torque coefficient.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、電気機械アクチュエータシステムの監視方法に関する。   The present invention relates to a method for monitoring an electromechanical actuator system.

航空機内では、補助翼、飛行制御表面さらには逆推力装置カバーなどのさまざまな可動要素がアクチュエータと結び付けられて、中立位置と作動位置の間で移動することができるようになっている。この目的で、各アクチュエータは、2つの当接部間で並進運動するようにモータによって駆動される。一例を挙げると、フラップについては、第1の当接部は可動要素の中立位置と結び付けられ、第2の当接部は、可動要素の作動位置と結び付けられる。このような状況下で、モータは、電力供給された時点でアクチュエータを駆動し、このアクチュエータが今度は、付随する可動要素を移動させる。   In an aircraft, various movable elements such as an aileron, flight control surface and even a reverse thrust device cover are associated with the actuator so that it can move between a neutral position and an operating position. For this purpose, each actuator is driven by a motor so as to translate between the two abutments. As an example, for a flap, the first abutment is associated with the neutral position of the movable element and the second abutment is associated with the operating position of the movable element. Under such circumstances, the motor drives the actuator when powered, which in turn moves the associated movable element.

可動要素の駆動機構の何らかの故障又は経年劣化を検出するためには、モータ及びアクチュエータを監視することが適切であり、これは通常モータ及び/又はアクチュエータと結び付けられたセンサによって行なわれる。   In order to detect any failure or aging of the drive mechanism of the movable element, it is appropriate to monitor the motor and actuator, which is usually done by sensors associated with the motor and / or actuator.

それでも、通常モータ及び/又はアクチュエータの周りに配置されているセンサは、駆動機構のさまざまな電気的及び機械的パラメータを監視するために、必ずしも所望の測定値の全てを得ることを可能にするわけではない。例えば、モータの電磁トルクから駆動機構の監視において有利なパラメータを演繹することが可能と考えられるにもかかわらず、このようなセンサは、モータの電磁トルクを測定することを可能にしない。   Nonetheless, sensors that are usually placed around motors and / or actuators do not necessarily make it possible to obtain all of the desired measurements in order to monitor the various electrical and mechanical parameters of the drive mechanism. is not. For example, such a sensor does not make it possible to measure the electromagnetic torque of the motor, although it would be possible to deduce an advantageous parameter in the monitoring of the drive mechanism from the electromagnetic torque of the motor.

航空機が地上にある場合に、外部の測定機器を使用することによって電磁トルクを測定することが提案されてきた。   It has been proposed to measure electromagnetic torque by using external measuring equipment when the aircraft is on the ground.

それでも、これには、モータ及びアクチュエータ内の摩耗を考慮するため測定を定期的に行ない更新できるように、航空機が充分な長さの時間定期的に地上に待機している必要がある。   Nevertheless, this requires the aircraft to be on the ground regularly for a sufficient length of time so that measurements can be taken and updated regularly to account for wear in the motor and actuator.

電磁トルクを検知するための追加のセンサを航空機内に統合する提案が、その後も行われてきた。   Proposals have been made to integrate additional sensors in the aircraft to detect electromagnetic torque.

それでも、これによるとコストと同様重量及び嵩の増大が必然的に導かれ、これらの増加は特に航空機製造の分野においては望ましくない。   Nevertheless, this inevitably leads to increased weight and bulk as well as cost, and these increases are particularly undesirable in the field of aircraft manufacturing.

本発明の目的は、上述の欠点を回避する電気機械アクチュエータシステムの監視方法を提案することにある。   The object of the present invention is to propose an electromechanical actuator system monitoring method which avoids the above-mentioned drawbacks.

この目的で、本発明は、少なくとも1つのインバータ、インバータによる電力供給を受けるモータ及びモータにより駆動されるアクチュエータを含む電気機械アクチュエータシステムを監視する方法において、
インバータがモータに対して送出する少なくとも1つの電流、インバータの少なくとも1つの制御電圧及びモータの出口シャフトの少なくとも1つの回転速度を含めた動作データを考慮しカルマンフィルタを用いてインバータの欠陥に結び付けられるモータに対する電力供給における電圧降下を推定するステップと、
推定された電圧降下及び、インバータがモータに対して送出する電流、インバータの制御電圧、インバータがモータに対して送出する電流の導関数及びモータの出口シャフトの回転速度を含めた動作データを考慮することによって、モータの電磁トルク係数を少なくとも推定するステップと、
モータの電磁トルク係数及びインバータがモータに対して送出する電流によって構成される動作データから、モータの電磁トルクを計算するステップと、
を含む方法を提供する。
To this end, the present invention provides a method for monitoring an electromechanical actuator system comprising at least one inverter, a motor powered by the inverter, and an actuator driven by the motor.
A motor linked to an inverter fault using a Kalman filter taking into account operating data including at least one current delivered by the inverter to the motor, at least one control voltage of the inverter and at least one rotational speed of the motor exit shaft Estimating a voltage drop in the power supply to
Consider operating voltage data including estimated voltage drop and current sent by inverter to motor, inverter control voltage, derivative of current sent by inverter to motor and rotational speed of motor exit shaft And at least estimating an electromagnetic torque coefficient of the motor;
Calculating the electromagnetic torque of the motor from the operation data constituted by the electromagnetic torque coefficient of the motor and the current sent by the inverter to the motor;
A method comprising:

本発明の方法は、直接計算によって電磁トルクを推定することを可能にし、こうして、この大きさの測定のために電気機械アクチュエータシステムと共に重く高価な特定のセンサを担持するのを回避することを可能にする。こうして、この電磁トルクから、任意にさまざまな追加の機械的パラメータ、例えばモータ・アクチュエータセンブリの効率、そして共にモータ・アクチュエータセンブリ内の機械的摩擦を表わす粘性摩擦係数及び乾燥摩擦トルクなどを演繹することが可能である。この電磁トルクの推量は、有利にも、故障期間により生成される電圧降下と同様にスイッチング及び導通損失を発生させるインバータの欠陥に起因する擾乱についての不確実性が考慮に入れられる。こうして、電磁トルクの推量は比較的正確であることが判明している。   The method of the present invention makes it possible to estimate the electromagnetic torque by direct calculation, thus avoiding carrying a heavy and expensive specific sensor with an electromechanical actuator system for this magnitude measurement. To. Thus, from this electromagnetic torque, arbitrarily various additional mechanical parameters, such as the efficiency of the motor / actuator assembly, and the viscous friction coefficient and dry friction torque, both representing the mechanical friction in the motor / actuator assembly, are deduced. Is possible. This guess of electromagnetic torque advantageously takes into account uncertainty about disturbances due to faults in the inverter that cause switching and conduction losses as well as voltage drops produced by fault periods. Thus, it has been found that the estimation of electromagnetic torque is relatively accurate.

同様に、電磁トルクは動作中に直接計算され、したがって、実施のために電気機械アクチュエータシステムを担持するデバイスの稼働を中止する必要のある特定の操作は求められない。   Similarly, the electromagnetic torque is calculated directly during operation, and therefore no specific operation is required that needs to be taken off of the device carrying the electromechanical actuator system for implementation.

本出願中、「動作データ」なる用語は、データを得るために意図的に行われる電気機械アクチュエータシステムの特定の操作中に得られ、電気機械アクチュエータシステムをその目的のために意図的に稼動中止にすることによって得ることのできるデータとは対照的に、電気機械アクチュエータシステムが稼動中で自然な状態で装着されている間に獲得されるデータを呼称するために使用される。こうして、電気機械アクチュエータシステムが航空機に搭載されている場合、本発明の方法は、動作データとして、航空機が地上にいる間に実施されるメンテナンス作業中ではなく、飛行中に(例えばデータを抽出する目的でアクチュエータを装着するためにこれらの操作が意図的に実施されない離陸、着陸、旋回中など)に測定されるデータを使用する。   Throughout this application, the term “motion data” is obtained during a specific operation of an electromechanical actuator system intentionally performed to obtain data, and the electromechanical actuator system is intentionally shut down for that purpose. Is used to refer to data acquired while the electromechanical actuator system is in operation and installed in its natural state. Thus, when the electromechanical actuator system is mounted on an aircraft, the method of the present invention can be used as operational data during flight (eg, to extract data) rather than during maintenance work performed while the aircraft is on the ground. Use data measured during take-off, landing, turning, etc. when these operations are not intentionally performed to mount the actuator for the purpose.

特定の実施形態において、該方法は、電磁トルク、少なくともモータの出口シャフトの回転速度を含めた動作データ、及びアクチュエータが受ける空気力から、電気機械アクチュエータシステムの少なくとも1つの機械的パラメータを推定する追加ステップを含む。   In certain embodiments, the method adds an estimate of at least one mechanical parameter of the electromechanical actuator system from electromagnetic torque, operational data including at least the rotational speed of the motor exit shaft, and aerodynamic forces experienced by the actuator. Includes steps.

特定の実施形態において、機械的パラメータは、粘性摩擦係数及び/又は動的駆動摩擦トルク及び/又はモータ及びアクチュエータを含むアセンブリの効率である。   In certain embodiments, the mechanical parameter is the coefficient of viscous friction and / or the dynamic drive friction torque and / or the efficiency of the assembly including the motor and actuator.

特定の実施形態において、該方法は、データベースを形成し、前記データベースに少なくともモータの電磁トルクの推量を記入する追加のステップを含む。   In certain embodiments, the method includes the additional steps of creating a database and filling at least an estimate of the electromagnetic torque of the motor in the database.

特定の実施形態において、データベースには同様に、少なくともモータの抵抗及び/又はモータの固定子インダクタンス及び/又はモータ・アクチュエータセンブリの粘性摩擦係数及び/又はモータ・アクチュエータセンブリの動的乾燥摩擦トルク及び/又はモータ・アクチュエータセンブリの直接的効率及び/又はモータ・アクチュエータセンブリの間接的効率を含めた、モータの電磁トルク以外の電気的及び機械的パラメータも記入される。   In certain embodiments, the database similarly includes at least motor resistance and / or motor stator inductance and / or viscous friction coefficient of the motor / actuator assembly and / or dynamic dry friction torque of the motor / actuator assembly and / or Alternatively, electrical and mechanical parameters other than the motor electromagnetic torque, including the direct efficiency of the motor / actuator assembly and / or the indirect efficiency of the motor / actuator assembly are also entered.

本発明の他の特徴及び利点は、本発明の特定の実施形態についての以下の説明から明らかになる。   Other features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of specific embodiments of the invention.

本発明は、本発明の特定の非限定的実施形態に関する以下の説明に照らして、より良く理解することができる。添付図面の参照が指示される。   The invention can be better understood in light of the following description of certain non-limiting embodiments of the invention. Reference is made to the accompanying drawings.

本発明の特定の実施形態における該方法を実施する電気機械アクチュエータシステムの概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram of an electromechanical actuator system implementing the method in a particular embodiment of the invention. 図1に概略的に示されたシステムにより実施される方法のさまざまなステップを示す略図である。2 is a schematic diagram illustrating various steps of a method performed by the system schematically illustrated in FIG. それぞれD軸及びQ軸との関係において、1フレーム内で図1に示されたシステムの電気的部分をモデリングする回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram modeling the electrical part of the system shown in FIG. 1 within one frame, respectively in relation to the D axis and the Q axis. それぞれD軸及びQ軸との関係において、1フレーム内で図1に示されたシステムの電気的部分をモデリングする回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram modeling the electrical part of the system shown in FIG. 1 within one frame, respectively in relation to the D axis and the Q axis.

図1及び2を参照すると、本発明の特定の実施形態における監視システムは、この実施例において、航空機の補助翼Aを起動させるための電気機械アクチュエータシステム1に応用される。当然のことながら、この応用は限定的ではなく、本発明の方法は、航空機の逆推力装置のカバー、フラップ又は飛行制御表面などに結び付けられる電気機械アクチュエータシステムなどのいくつかの他の電気機械アクチュエータシステムにおいて実施可能である。   1 and 2, the monitoring system in a particular embodiment of the present invention is applied in this example to an electromechanical actuator system 1 for activating an aircraft aileron A. Of course, this application is not limiting, and the method of the present invention can be applied to several other electromechanical actuators, such as electromechanical actuator systems that are coupled to aircraft reverse thruster covers, flaps or flight control surfaces, etc. It can be implemented in the system.

この実施例において、電気機械アクチュエータシステム1は、インバータ11及びこのインバータ11が電力供給するモータ12を含む電気的部分10を含む。この実施例において、モータ12は永久磁石同期モータである。電気機械アクチュエータシステム1は同様に、補助翼Aを移動させることができるように第1にモータ12の出口シャフトに、第2に補助翼Aに連結されているアクチュエータ21と共にモータ12を含む機械的部分20も含んでいる。この実施例において、アクチュエータ21はリニアタイプのものであり、一例として、このアクチュエータはボールネジタイプ又はローラネジタイプのジャッキを含む。変形形態において、アクチュエータは回転タイプのものであり得る。このような状況下では、モータ12は、電力が供給された時点でアクチュエータ21を駆動し、このアクチュエータが今度は付随する補助翼Aを移動させる。   In this embodiment, the electromechanical actuator system 1 includes an electrical portion 10 that includes an inverter 11 and a motor 12 that is powered by the inverter 11. In this embodiment, the motor 12 is a permanent magnet synchronous motor. The electromechanical actuator system 1 similarly includes a motor 12 that includes a motor 12 with an actuator 21 coupled first to the outlet shaft of the motor 12 and secondly to the auxiliary wing A so that the auxiliary wing A can be moved. A portion 20 is also included. In this embodiment, the actuator 21 is of a linear type, and as an example, the actuator includes a ball screw type or roller screw type jack. In a variant, the actuator can be of the rotary type. Under such a situation, the motor 12 drives the actuator 21 at the time when electric power is supplied, and this actuator moves the auxiliary wing A that is associated therewith.

こうして本発明の方法は、以下で詳述される形で電気機械アクチュエータシステム1を監視するのに役立つ。   Thus, the method of the present invention serves to monitor the electromechanical actuator system 1 in the manner detailed below.

モータ12は、インバータ11による3相ACの電力供給を受けることから、電気的部分10は、図3a及び3bに示されるように、1フレーム内で(直軸及び横軸)でモデリングされる。こうして、該方法において計算又は測定されるさまざまな電気的大きさは、2相モデルの2つの主軸、すなわちD軸(直軸)とQ軸(横軸)上に投影される。以下の説明では、指標IはD軸上への1つの大きさの投影を意味し、指標Qは、q軸上への1つの大きさの投影を意味する。   Since the motor 12 receives the three-phase AC power supplied by the inverter 11, the electrical portion 10 is modeled in one frame (straight axis and horizontal axis) as shown in FIGS. 3a and 3b. Thus, the various electrical magnitudes calculated or measured in the method are projected onto the two principal axes of the two-phase model, namely the D axis (straight axis) and the Q axis (horizontal axis). In the following description, index I means one magnitude projection on the D axis, and index Q means one magnitude projection on the q axis.

インバータ11の不良と結び付けられるモータ12の電力供給における電圧降下を推定することを目的として、該方法の第1のステップ100は、
連続的な

離散的な

というタイプの線形、定常、かつ確率的カルマンフィルタを構築することからなる。
For the purpose of estimating the voltage drop in the power supply of the motor 12 associated with a failure of the inverter 11, the first step 100 of the method comprises:
Continuous
,
Discrete
,
The construction of a linear, stationary and stochastic Kalman filter of the type

このようなカルマンモデルは、当業者にとって周知であり、したがって本明細書中で詳しく説明されない。さらなる情報については、一例として、P.S.Maybeckの著書「Stochastic Models、Estimation and Control」、Volume141−1、Mathematics in Science and Engineeringの参照を指示することができる。   Such Kalman models are well known to those skilled in the art and are therefore not described in detail herein. For further information, see P.I. S. Maybek's book “Stochastic Models, Estimation and Control”, Volume 141-1, Mathematical in Science and Engineering can be instructed.

カルマン推定量を適用するためには、フレーム内で同期モータ12について、以下の方程式が表わされる。
式中、YD及びVQは、(この実施例ではインバータ11の電流調整器ループ内で測定される)制御電圧と呼ばれる、インバータ11が送出するよう制御されている電源電圧であり、VDinverter及びVQinverterは、インバータの欠陥に起因するインバータ電圧降下であり、△VD及び△VQは、電気的部分10のさまざまな電気的パラメータの不確実性に起因するインバータの電圧降下に関する不確実性であり、iD及びiQは、(本実施例ではモータ12内で測定される)インバータ11がモータ12に伝送する電流であり、Rはモータ12の抵抗であり、LD及びLQは、モータ12の固定子位相のインダクタンスであり、pはモータ12の極対の数であり、ωはモータ12の出口シャフトの回転速度であり、Keはモータ12の電磁トルク係数である。
To apply the Kalman estimator, the following equation is expressed for the synchronous motor 12 in the frame:
Where Y D and V Q are power supply voltages that are controlled to be delivered by the inverter 11, called control voltages (measured in the current regulator loop of the inverter 11 in this embodiment), and V Dinverter And V Qinverter are inverter voltage drops due to inverter defects, and ΔV D and ΔV Q are uncertainties regarding inverter voltage drops due to various electrical parameter uncertainties in electrical portion 10. I D and i Q are currents transmitted to the motor 12 by the inverter 11 (measured in the motor 12 in this embodiment), R is the resistance of the motor 12, and L D and L Q Is the inductance of the stator phase of the motor 12, p is the number of pole pairs of the motor 12, ω is the rotational speed of the outlet shaft of the motor 12, and Ke is the electromagnetic torque coefficient of the motor 12. A.

データiD、iQ、VD及びVQ及びωは、センサにより測定された動作データ、あるいは、実時間で又は測定/回収されてその後本発明の方法により後で使用するためにメモリ(例えばコンピュータのメモリ)内に記憶されることによって、航空機が飛行中である間にインバータ11に対してコンピュータが伝送するコマンドから回収された動作データを含む。 Data i D , i Q , V D and V Q and ω can be either operational data measured by a sensor, or a memory (eg, for later use in real time or measured / recovered and subsequently used by the method of the present invention. Stored in the computer's memory) includes operational data retrieved from commands transmitted by the computer to the inverter 11 while the aircraft is in flight.

インバータの欠陥に起因する電圧降下VDinverter及びVQinverterを推定する目的でカルマンモデルを確立する前に、以下の3つの仮定が考慮される。 Prior to establishing the Kalman model for the purpose of estimating the voltage drops V Dinverter and V Qinverter due to inverter defects, the following three assumptions are considered:

第1の仮定では、インバータの欠陥に起因する電圧降下VDinverter及びVQinverterは、バイアス無く公知のスペクトルパワー密度を伴うランダム変数WD(t)及びWQ(t)白色雑音タイプと結び付けられた整数型変数である。すなわち
In the first assumption, voltage drops V Dinverter and V Qinverter due to inverter defects were associated with random variables W D (t) and W Q (t) white noise types with known spectral power density without bias. It is an integer type variable. Ie

第2の仮定では、以下の変数変化が減結合を可能にすると考えられる。
In the second assumption, the following variable changes are considered to allow decoupling.

第1の仮定においては、全てのカルマン収束条件が満たされる。さらに詳しい情報については、一例としてP.S.Maybeckの著書、「Stochastic Models、Estimation and Control」、Volume141−1、Mathematics in Science and Engineeringの参照を指示することができる。   In the first assumption, all Kalman convergence conditions are satisfied. For more detailed information, please refer to P.C. S. Maybek's book, "Stochastic Models, Estimation and Control", Volume 141-1, Mathematical in Science and Engineering can be directed.

こうして、インバータ11の欠陥に起因する電圧降下VDinverter及びVQinverterを推定するための最終モデルは、以下の状態表現により提供される。
Thus, the final model for estimating the voltage drops V Dinverter and V Qinverter due to the defect of the inverter 11 is provided by the following state representation.

こうして、2つの軸d及びqについては、
で、出力行列については、
で、一般形態(1)及び(2)での状態表現を見出すことができる。
Thus, for the two axes d and q,
And for the output matrix,
Thus, the state expression in the general forms (1) and (2) can be found.

したがって、該方法は、独立して処理するのが適切である軸d及び軸qに沿った電気機械アクチュエータシステム1についての2つのカルマンモデルを確立することを可能にする。   The method thus makes it possible to establish two Kalman models for the electromechanical actuator system 1 along the axis d and the axis q that are appropriate to process independently.

これら2つのカルマンモデルについて、定数R、LQ及びLD及びKeは理論値である。これらの値に関する不確実性は外部擾乱とみなされ、この擾乱はすでに2つのカルマンモデル内に考慮されている。一例として、これらの値を課するにあたっては、メーカーのデータに依拠することが可能である。同様にして、pは、例えばメーカーのデータから公知である。 For these two Kalman models, the constants R, L Q and L D and Ke are theoretical values. Uncertainties regarding these values are considered external disturbances, which have already been taken into account in the two Kalman models. As an example, it is possible to rely on manufacturer data in imposing these values. Similarly, p is known from, for example, manufacturer data.

こうして、ひとたびカルマンモデルが確立された時点で、該方法は、カルマンフィルタによりこれらのモデルの状態x(t)を決定する第2のステップ200を含む。   Thus, once the Kalman models are established, the method includes a second step 200 of determining the states x (t) of these models by a Kalman filter.

この目的のため、以上で規定したモデルは、この実施例において離散的形態で使用される。   For this purpose, the model defined above is used in discrete form in this embodiment.

カルマンモデルを離散的形態にしカルマンアルゴリズムを結果として得られた離散的モデルに適用することは、当業者にとって周知であり、したがって、本明細書中では詳細に説明されない。2つのカルマンモデルを離散的形態にすること及びカルマンアルゴリズムの再帰方程式に関するさらなる詳細については、一例として、P.S.Maybackの著書、「Stochastic Models、Estimation and Control」、Volume141−1、Mathematics in Science and Engineeringの参照を指示することができる。   Applying the Kalman model to a discrete form and applying the Kalman algorithm to the resulting discrete model is well known to those skilled in the art and is therefore not described in detail herein. For further details on making the two Kalman models into discrete form and the Kalman algorithm's recurrence equations, see, for example, p. S. Mayback's book, “Stochastic Models, Estimation and Control”, Volume 141-1, Mathematical in Science and Engineering can be directed.

こうして、2つの離散的カルマンモデルに対して適用された公知のカルマンアルゴリズムは、x(t)についての推量を得、それにより、2つの軸d及びq上の、ひいては動作データiD、iQ、VD、VQ及びωからのインバータ11の電圧降下VDinverter及びVQinverterについての推量を得ることを可能にする。ひとたびインバータ11の電圧降下が推定された時点で、該方法は、少なくとも推定されたモータトルク定数Keestを含めた電気機械アクチュエータシステム1に結び付けられるさまざまな電気的パラメータを推定する第3のステップ300を有する。好ましくは、該方法は、他の電気的パラメータ、すなわちモータ12の抵抗Rest、及びモータ12のインダクタンスLestを推定するのに役立ち、第1のステップにおいて、値R、LD、及びLQはメーカーのデータに基づいて選択される公称理論値に設定されたものであるということが理解される。 Thus, the known Kalman algorithm applied to the two discrete Kalman models obtains an guess for x (t), so that the motion data i D , i Q on the two axes d and q, , VD, VQ, and ω from the voltage drop V Dinverter and V Qinverter of the inverter 11 can be obtained. Once the voltage drop of the inverter 11 is estimated, the method performs a third step 300 for estimating various electrical parameters associated with the electromechanical actuator system 1 including at least the estimated motor torque constant Ke est. Have Preferably, the method serves to estimate other electrical parameters, namely the resistance R est of the motor 12 and the inductance L est of the motor 12, and in the first step the values R, L D and L Q It is understood that is set to a nominal theoretical value selected based on manufacturer data.

このために、以上で提示された電気的方程式(3)を以下の形で実際のパラメータを用いて表わすことができる、ということを想起しておくべきである。
To this end, it should be recalled that the electrical equation (3) presented above can be expressed using actual parameters in the following form.

Qreal=LDreal=Lrealであることが仮定されている。 It is assumed that L Qreal = L Dreal = L real .

この仮定に基づき、方程式系(4)から、n番目に測定され、該方法において使用される測定値(インバータ11がモータ12に送出した電流、制御電圧、及びモータ12の出口シャフトの回転速度)に対応する以下の一次方程式系(5)が得られ、
この方程式は、Xn=hnθnrealの形でも表わすことができ、ここで、
である。
Based on this assumption, from the system of equations (4), the measured values measured nth and used in the method (the current sent by the inverter 11 to the motor 12, the control voltage, and the rotational speed of the outlet shaft of the motor 12). The following linear equation system (5) corresponding to
This equation can also be expressed in the form X n = h n θ nreal , where
It is.

それでも、すでに言及したように、電気機械アクチュエータシステム1が測定し使用する測定値は、通常、高雑音であることが分かる。測定値についてのこれらの不確実性を考慮に入れさせることによって方程式系(5)をより現実的なものにするために、バイアスされていない白色雑音に対応するベクトルνnが、方程式系に導入され、こうして以下の関係が得られる。
n=hnθnest−Vn
式中
Nevertheless, as already mentioned, it can be seen that the measured values that the electromechanical actuator system 1 measures and uses are usually noisy. In order to make the system of equations (5) more realistic by taking these uncertainties about the measurements into account, a vector ν n corresponding to unbiased white noise is introduced into the system of equations. Thus, the following relationship is obtained.
Y n = h n θ nest −V n
In the formula

データVDInverter及びVQInverterは、先行ステップ200において推定済みであること、データpが公知であること(メーカーのデータから)、そしてデータiD、iQ、VD、VQ及びωが測定されたデータであることが分かっているため、残るのは、パラメータベクトルθnestを決定することだけである。 The data V DInverter and V QInverter have been estimated in the preceding step 200, the data p is known (from manufacturer data), and the data i D , i Q , V D , V Q and ω are measured. All that remains is to determine the parameter vector θ nest .

この実施例において、この決定は、確率的計算により実施される。より厳密に言うと、この決定は、基準εn=(Yn−XnT(Yn−Xn)を最小化しながらθnestを求めることを可能にする再帰的最小二乗アルゴリズムによって実施される。 In this embodiment, this determination is performed by probabilistic calculation. More precisely, this determination is performed by a recursive least squares algorithm that makes it possible to determine θ nest while minimizing the criterion ε n = (Y n −X n ) T (Y n −X n ). The

このようなアルゴリズムは、当業者にとって周知であり、したがって、本明細書中では詳述されない。さらなる詳細については、一例として、P.S.Maybackの著書、「Stochastic Models、Estimation and Control」、Volume141−1、Mathematics in Science and Engineeringの参照を指示することができる。   Such algorithms are well known to those skilled in the art and are therefore not described in detail herein. For further details, see, for example, P.I. S. Mayback's book, “Stochastic Models, Estimation and Control”, Volume 141-1, Mathematical in Science and Engineering can be directed.

こうして、これにより、モータの電磁トルク係数Keest、モータの抵抗Rest及びモータのインダクタンスLestを推定することが可能となる。これにより、電気機械アクチュエータシステム1の公知の経年劣化関係に基づいてかつこれらの推定されたパラメータに基づいてこの電気機械アクチュエータシステム1の健全性状態を監視しかつ/又は、次に航空機が地上に駐機しているときに任意に予防的メンテナンス作業を実行することが可能になる。 Thus, this makes it possible to estimate the motor electromagnetic torque coefficient Ke est , the motor resistance R est, and the motor inductance L est . Thereby, the health status of the electromechanical actuator system 1 is monitored on the basis of known aging relationships of the electromechanical actuator system 1 and based on these estimated parameters and / or the aircraft is then brought to the ground. It is possible to arbitrarily perform preventive maintenance work when parked.

モータの電磁トルク係数Keestがひとたび推定された時点で、該方法は、以下の式
からモータの電磁トルクCelecを計算する第4のステップ400を含む。式中、△iQは、有界である電流測定値の誤差である。
Once the motor electromagnetic torque coefficient Ke est has been estimated, the method can be expressed as
A fourth step 400 of calculating the electromagnetic torque C elec of the motor from In the equation, Δi Q is an error in the current measurement value that is bounded.

好ましくは、該方法は、電気機械アクチュエータシステム1と結び付けられた複数の機械的パラメータ、すなわち機械的部分20の粘性摩擦係数Coeff-visc、機械的部分20の動的乾燥摩擦トルクCf-dry、及び機械的部分20の直接的効率ρdirect(すなわち、モータに接続された負荷がモータの出口シャフトの運動に随伴する場合の効率に対応する間接的効率ρindirectと対照的に、モータに接続された負荷がモータの出口シャフトの運動に対抗する場合の効率であり、直接的効率と間接的効率の関係は、
により示される)を推定する第5のステップ500を含む。
Preferably, the method comprises a plurality of mechanical parameters associated with the electromechanical actuator system 1, namely the viscous friction coefficient Coef f-visc of the mechanical part 20, the dynamic dry friction torque C f-dry of the mechanical part 20. And the direct efficiency ρ direct of the mechanical part 20 (ie connected to the motor as opposed to the indirect efficiency ρ indirect corresponding to the efficiency when the load connected to the motor is associated with the movement of the motor outlet shaft) Is the efficiency when the applied load counteracts the movement of the motor outlet shaft, the relationship between direct efficiency and indirect efficiency is
A fifth step 500 of estimating

そのために、動力学の基本原理が、モータ12の出口シャフトに適用され、
が得られ、ここで
であり、式中Fは、アクチュエータ21が担持するセンサを用いて測定される、アクチュエータ21が受ける空気力であり、Jmomはモータ12のシャフトから見たシステムの慣性モーメントである。
For that purpose, the basic principle of dynamics is applied to the outlet shaft of the motor 12,
Where you get
Where F is the aerodynamic force experienced by the actuator 21 measured using a sensor carried by the actuator 21 and J mom is the moment of inertia of the system as seen from the shaft of the motor 12.

以下のように表わすことができる。
It can be expressed as follows.

これにより、該方法において測定され使用されるn番目の測定値に対応する以下の一次方程式が得られる。
この方程式は、Xn=hnθnの形でも表わすことができ、ここで
である。
This gives the following linear equation corresponding to the nth measurement value measured and used in the method.
This equation can also be expressed in the form X n = h n θ n , where
It is.

それでも、すでに言及したように、電気機械アクチュエータシステム1が測定し使用する測定値は、通常、高雑音であることが分かる。電流測定値誤差△iQのため、モータの電磁トルクCelecに関する不確実性が残る。方程式(6)をより現実的なものにするため、この不確実性を考慮に入れるように方程式(6)を修正する。この実施例において、モータの電磁トルクに関する不確実性Celecは、公知のスペクトルパワー密度の中心の白色雑音νnにより表現される。
Nevertheless, as already mentioned, it can be seen that the measured values that the electromechanical actuator system 1 measures and uses are usually noisy. Because of the current measurement error Δi Q , there remains uncertainty regarding the motor electromagnetic torque Celec . In order to make equation (6) more realistic, equation (6) is modified to take this uncertainty into account. In this example, the uncertainty Celec regarding the electromagnetic torque of the motor is expressed by the white noise ν n at the center of the known spectral power density.

こうして、以下の等式が得られる。
n=hnθnest+νn、式中、
Thus, the following equation is obtained:
Y n = h n θ nest + ν n , where

この実施例における角加速度dω/dtは、角速度ωから計算されるが、一変形形態では、それをモータ12において測定することができる。同様に、データKeは第1のステップ300において推定済であること、データJmom及びpitchscrewは公知であること、そしてデータω、iQ、Fは測定された動作データであることが分かっているため、残るのは、パラメータベクトルθnestを決定することだけである。 The angular acceleration dω / dt in this example is calculated from the angular velocity ω, but in one variant it can be measured at the motor 12. Similarly, knowing that the data Ke has been estimated in the first step 300, the data J mom and pitch screw are known, and the data ω, i Q , F are measured motion data. Thus, all that remains is to determine the parameter vector θn est .

この実施例において、この決定は、確率的計算により実施される。より厳密に言うと、この決定は、基準εn=(Yn−XnT(Yn−Xn)を最小化しながらθnを求めることを可能にする再帰的最小二乗アルゴリズムによって実施される。 In this embodiment, this determination is performed by probabilistic calculation. More precisely, this determination is performed by a recursive least squares algorithm that makes it possible to determine θ n while minimizing the criterion ε n = (Y n −X n ) T (Y n −X n ). The

その上、アルゴリズムは、モータ12の回転速度がゼロでない場合にのみ先行する方程式が適用可能であるという事実を考慮する必要があるという点を想起すべきである。このような状況下で、絶対値でのモータ12の回転速度が、任意にゼロに近いものとして定義された一定の閾値よりも高い場合、アルゴリズムにおいて推定されるパラメータは最も近い値に「凍結」される。好ましくは、カルマンフィルタの精度がより大きくなるにつれて圧力は可能なかぎりゼロに近くなるように調整される。   Moreover, it should be recalled that the algorithm needs to take into account the fact that the preceding equation is applicable only when the rotational speed of the motor 12 is not zero. Under such circumstances, if the rotational speed of the motor 12 in absolute value is higher than a certain threshold defined as arbitrarily close to zero, the parameter estimated in the algorithm is “frozen” to the closest value. Is done. Preferably, the pressure is adjusted to be as close to zero as possible as the accuracy of the Kalman filter increases.

Pが推定誤差εnの自己相関行列であり、Rvが雑音νnの共分散行列であると考えると、アルゴリズムは、次のように表わされる。
ω(n)<閾値である場合又は閾値<ω(n)である場合には、
n=Kn-1
θnest=θn-lest
n=Pn-1
そうでなければ、
n=1(初期条件)である場合には、
そうでなければ、
Assuming that P is an autocorrelation matrix of estimation error ε n and R v is a covariance matrix of noise ν n , the algorithm is expressed as follows.
If ω (n) <threshold or if threshold <ω (n),
K n = K n-1
θ nest = θ n-lest
P n = P n-1
Otherwise,
When n = 1 (initial condition),
Otherwise,

こうして、これにより、粘性摩擦係数Coeff-visc、動的乾燥摩擦トルクCf-dry、及び直接的効率ρdirectを推定することが可能になる。これにより、電気機械アクチュエータシステム1についてそして推定されたパラメータについて公知の経年劣化関係からこの電気機械アクチュエータシステム1の健全性状態を監視することが可能になる。一例として、こうして、電気機械アクチュエータシステム1の経年劣化を推定すること及び/又は、次に航空機が地上に駐機している間に任意に予防的メンテナンス作業を行うことが可能である。 Thus, this makes it possible to estimate the viscous friction coefficient Coef f-visc , dynamic dry friction torque C f-dry , and direct efficiency ρ direct . This makes it possible to monitor the health state of the electromechanical actuator system 1 from the known aging relationship for the electromechanical actuator system 1 and for the estimated parameters. As an example, it is thus possible to estimate the aging of the electromechanical actuator system 1 and / or optionally perform preventive maintenance work while the aircraft is parked on the ground.

こうして、上述の方法は、電気機械アクチュエータシステム1の健全性状態を監視するために好適なさまざまな電気的及び機械的パラメータを推定することを可能にする。上述のように、該方法は、これらのパラメータの推定に専用の操作の間又は航空機が稼動していない間ではなく、航空機の実際の飛行中に実施される。   Thus, the method described above makes it possible to estimate various electrical and mechanical parameters suitable for monitoring the health state of the electromechanical actuator system 1. As described above, the method is performed during the actual flight of the aircraft, not during operations dedicated to estimating these parameters or while the aircraft is not in service.

該方法は、こうして、電気機械アクチュエータシステム1を動作させることが求められる航空機の操作中に直接、さらにはこの操作が行われた後に実施され得、ここで該方法を実施するために必要とされるさまざまな測定値は、該方法によって遡及的に使用され得るように操作中に予め記録されている。   The method can thus be carried out directly during the operation of the aircraft that is required to operate the electromechanical actuator system 1 and even after this operation has been performed, where it is required to carry out the method. Various measurements are pre-recorded during operation so that they can be used retrospectively by the method.

こうして、本発明の方法によって得たデータは、電気機械アクチュエータシステム1を監視し電気機械アクチュエータシステム1上で措置を講じるためにさまざまな戦略を実施することを可能にする。例えば、該方法は、航空機の異なる飛行について経時的に推定される電気的及び機械的パラメータについてのさまざまな値で構成されたデータベースを形成する追加のステップを含むことができる。こうして、このデータベースは、システムのさまざまな電気的及び機械的パラメータが経時的にどのように変動するかを決定することを可能にする。データベースは同様に、他の電気機械アクチュエータシステムの監視を容易にするためにも役立ち得る。   Thus, the data obtained by the method of the present invention makes it possible to implement various strategies for monitoring the electromechanical actuator system 1 and taking action on the electromechanical actuator system 1. For example, the method may include the additional step of forming a database composed of various values for electrical and mechanical parameters estimated over time for different flights of the aircraft. This database thus makes it possible to determine how the various electrical and mechanical parameters of the system vary over time. The database can also serve to facilitate monitoring of other electromechanical actuator systems.

当然のことながら、本発明は、説明された実施形態に限定されず、クレームにより定義された本発明の範囲を逸脱することなく、変形実施形態を提供することもできる。   Naturally, the invention is not limited to the embodiments described, but alternative embodiments may be provided without departing from the scope of the invention as defined by the claims.

Claims (5)

少なくとも1つのインバータ(11)と、前記インバータによる電力供給を受けるモータ(12)と、前記モータにより駆動されるアクチュエータ(21)とを含む電気機械アクチュエータシステムを監視する方法において、
前記方法は、
前記インバータがモータに対して送出する少なくとも1つの電流と、前記インバータの少なくとも1つの制御電圧と、前記モータの出口シャフトの少なくとも1つの回転速度とを含めた動作データを考慮してカルマンフィルタを用いて、前記インバータの欠陥に結び付けられる前記モータに対する前記電力供給における電圧降下を推定するステップ(100、200)と、
前記推定された電圧降下、及び、前記インバータが前記モータに対し送出する前記電流と、前記インバータの前記制御電圧と、前記インバータが前記モータに対して送出する前記電流の導関数と、前記モータの前記出口シャフトの前記回転速度とを含めた前記動作データを考慮することによって、前記モータの電磁トルク係数を少なくとも推定するステップ(300)と、
前記モータの前記電磁トルク係数と、前記インバータが前記モータに対して送出する電流によって構成される動作データから、前記モータの電磁トルクを計算するステップ(400)とを含む方法。
In a method of monitoring an electromechanical actuator system comprising at least one inverter (11), a motor (12) powered by the inverter, and an actuator (21) driven by the motor,
The method
Using a Kalman filter in consideration of operation data including at least one current that the inverter sends to the motor, at least one control voltage of the inverter, and at least one rotational speed of the outlet shaft of the motor Estimating (100, 200) a voltage drop in the power supply to the motor associated with a fault in the inverter;
The estimated voltage drop, the current that the inverter sends to the motor, the control voltage of the inverter, the derivative of the current that the inverter sends to the motor, and the motor Estimating (300) at least an electromagnetic torque coefficient of the motor by considering the operational data including the rotational speed of the outlet shaft;
Calculating (400) the electromagnetic torque of the motor from operational data comprising the electromagnetic torque coefficient of the motor and the current sent by the inverter to the motor.
前記モータの前記電磁トルク係数を推定するのと同時に、前記電気機械アクチュエータシステム(1)の他の電気的パラメータも同様に推定される、請求項1に記載の方法。   2. The method according to claim 1, wherein simultaneously with estimating the electromagnetic torque coefficient of the motor, other electrical parameters of the electromechanical actuator system (1) are estimated as well. 推定される他の電気的パラメータが、前記モータの抵抗及び前記モータのインダクタンスである、請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, wherein the other estimated electrical parameters are the resistance of the motor and the inductance of the motor. 前記方法は、前記電磁トルクと、少なくとも前記モータ(12)の前記出口シャフトの前記回転速度を含めた動作データと、前記アクチュエータ(21)が受ける空気力から、前記電気機械アクチュエータシステム(1)の少なくとも1つの機械的パラメータを推定する追加ステップ(500)を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。   The method is based on the electromagnetic torque, the operation data including at least the rotational speed of the outlet shaft of the motor (12), and the aerodynamic force received by the actuator (21). The method according to any one of the preceding claims, comprising an additional step (500) of estimating at least one mechanical parameter. 前記機械的パラメータが、粘性摩擦係数及び/又は動的駆動摩擦トルク及び/又は前記モータ及び前記アクチュエータを含むアセンブリの効率である、請求項4に記載の方法。   The method of claim 4, wherein the mechanical parameter is a viscous friction coefficient and / or a dynamic drive friction torque and / or an efficiency of an assembly including the motor and the actuator.
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